柔顺壁面上湍流的数值模拟
流体动力学
2021-11-03 v1
摘要
我们对具有一个刚性壁面和一个粘弹性壁面的槽道湍流进行了直接数值模拟。采用欧拉-欧拉模型并结合水平集方法识别流体-柔顺材料界面。重点置于柔顺材料中瑞利波的传播，其波速取决于剪切弹性模量，其主导波长取决于粘弹性层的厚度。选取这些参数以确保柔顺表面与湍流之间的耦合。当瑞利波相速与近壁压力脉动的平流速度相称时，涡量片在临界层附近被抬升并脱离，导致局部压力极小值。这些事件由波谷附近的拐点速度剖面引起，并受弹性表面净涡量通量控制。该现象是理解流动统计特征的核心，包括表面形变-压力关联与增强的随机湍流剪切应力。作用于流体的压力功在表面处为正，这增加了湍流强度与壁法向混合，而不伴随任何流向动量增益。最后，我们讨论了表面形貌的三维性对流向涡量、二次流及横向湍流输运生成的影响。
引用
@article{arxiv.2111.01183,
title = {Simulations of turbulence over compliant walls},
author = {Amir Esteghamatian and Joseph Katz and Tamer A. Zaki},
journal= {arXiv preprint arXiv:2111.01183},
year = {2021}
}